dLoran과 ASF 데이터 맵 그리고 로란 데이터 채널은 eLoran 시스템의 중요한 3 요소이다. dLoran은 eLoran 기술의 핵심 기술로 ASF 보정을 통해 항법 정확도를 향상시키는 기술이다. 이러한 dLoran 보정을 통해 항만 접안(HEA)시에 8~20 m 정확도의 항법 성능을 얻을 수 있다. 본 연구에서는 로란 9930M 체인 중에 주국인 포항 송신국의 신호를 이용하여 dLoran 측정을 하였다. 영일만 해상을 대상으로 dLoran 기준국을 포항 호미곶 표지관리소에 설치하고 시험용 수신기를 흥환 해수욕장에 설치하여 dLoran 측정의 유효성을 평가하였다. 그 결과 표지관리소 dLoran 기준국의 TOA 측정 데이터와 흥환 시험국의 이용자 수신기 TOA 측정 데이터의 하루 동안의 차분 데이터는 약 10~30 ns (거리오차: 3~9 m) 이내로 일치하고 있어서 이 dLoran 측정 데이터로 이용자의 ASF 측정값을 보정하면 eLoran의 항만 접안에서의 항법 정확도를 만족할 수 있다.
dLoran과 ASF 데이터 맵 그리고 로란 데이터 채널은 eLoran 시스템의 중요한 3 요소이다. dLoran은 eLoran 기술의 핵심 기술로 ASF 보정을 통해 항법 정확도를 향상시키는 기술이다. 이러한 dLoran 보정을 통해 항만 접안(HEA)시에 8~20 m 정확도의 항법 성능을 얻을 수 있다. 본 연구에서는 로란 9930M 체인 중에 주국인 포항 송신국의 신호를 이용하여 dLoran 측정을 하였다. 영일만 해상을 대상으로 dLoran 기준국을 포항 호미곶 표지관리소에 설치하고 시험용 수신기를 흥환 해수욕장에 설치하여 dLoran 측정의 유효성을 평가하였다. 그 결과 표지관리소 dLoran 기준국의 TOA 측정 데이터와 흥환 시험국의 이용자 수신기 TOA 측정 데이터의 하루 동안의 차분 데이터는 약 10~30 ns (거리오차: 3~9 m) 이내로 일치하고 있어서 이 dLoran 측정 데이터로 이용자의 ASF 측정값을 보정하면 eLoran의 항만 접안에서의 항법 정확도를 만족할 수 있다.
There are three essential components of eLoran: dLoran, data map of ASF, and the Loran data channel. Particularly, dLoran improves navigation accuracy, which is the core technology of eLoran systems. The requirement of HEA's absolute accuracy, less than 20 meters, can be satisfied via dLoran measure...
There are three essential components of eLoran: dLoran, data map of ASF, and the Loran data channel. Particularly, dLoran improves navigation accuracy, which is the core technology of eLoran systems. The requirement of HEA's absolute accuracy, less than 20 meters, can be satisfied via dLoran measurements and their corrections. In this study, dLoran measurements using the Pohang Loran-C (9930M) station signal were conducted at Yeongil Bay. We established a dLoran reference station at Homigot Management Office for navigation aids within the Bay. We estimated the effectiveness of the dLoran between the reference site (Homigot Management Office) and a test site (Heunghwan beach) by measuring TOAs. We verified that the TOA data measured at these two regions were highly correlated. The temporal differences in the data between the dLoran reference station and test site were about 10~30 ns per day, which is equivalent to a ranging error of 3~9 m. This result shows that eLoran can meet the requirement of 8~20 meters position accuracy for maritime HEA by correcting the ASF at the user's receiver.
There are three essential components of eLoran: dLoran, data map of ASF, and the Loran data channel. Particularly, dLoran improves navigation accuracy, which is the core technology of eLoran systems. The requirement of HEA's absolute accuracy, less than 20 meters, can be satisfied via dLoran measurements and their corrections. In this study, dLoran measurements using the Pohang Loran-C (9930M) station signal were conducted at Yeongil Bay. We established a dLoran reference station at Homigot Management Office for navigation aids within the Bay. We estimated the effectiveness of the dLoran between the reference site (Homigot Management Office) and a test site (Heunghwan beach) by measuring TOAs. We verified that the TOA data measured at these two regions were highly correlated. The temporal differences in the data between the dLoran reference station and test site were about 10~30 ns per day, which is equivalent to a ranging error of 3~9 m. This result shows that eLoran can meet the requirement of 8~20 meters position accuracy for maritime HEA by correcting the ASF at the user's receiver.
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문제 정의
본 연구에서는 영일만 해상을 대상으로 dLoran 측정의 유효성을 평가하기 위해 포항 표지관리소에 dLoran 기준국을 설치하고 흥환 해수욕장에 시험용 수신국를 설치하여 포항 Loran-C(9930M) 신호의 시간 특성의 상관성을 측정하였다.
제안 방법
7과 같이 표지관리소 옥상에 H-field 안테나와 루프 안테나를 설치하고 건물 내에는 세슘원자시계를 비롯한 dLoran 기준국을 설치하였다. 세슘원자시계를 모든 측정의 기준클럭으로 활용하고 안정성있는 데이터 활용을 위해 H-field와 루프 안테나를 이용한 로란신호를 동시에 측정하였다. Fig.
8은 3일 이상 연속적으로 측정한 포항 송신국과 표지관리소의 TOA 데이터이다. 이 기간 동안 포항송신국 송신신호의 모니터링은 Lee(2012)에 제시한 방법으로 측정하였으며, 표지관리소에 설치한 온ㆍ습도 데이터를 함께 측정하여 비교하였다. 측정 데이터에서 보는 바와 같이 송신국의 위상은 일정하지만 옥상에 설치된 두 안테나의 측정 결과는 동일한 방향으로 흐르고 있음을 알 수 있다.
따라서 dLoran 기준국에서 측정한 시간 특성에 의한 ASF 보정 정보는 일정 유효 범위 내에 위치한 모든 사용자가 공통으로 이용하여 측정 오차를 보정할 수 있다. 이를 위해 dLoran 기준국에서 실시간으로 ASF를 측정하고 데이터 링크를 통해 송신국으로 실시간 시간 특성 보정 정보를 전송한다. 송신국에서는 ASF 보정 정보를 포함한 eLoran 시스템 정보를 이용자에게 전송한다(Celano, 2005).
본 연구에서는 dLoran의 유효성 평가를 위해서 영일만 해상을 대상 측정 지역으로 하였다. 이를 위해서 포항 호미곶 표지관리소에 dLoran 기준국을 설치하고 흥환 해수욕장에 시험용 수신기를 설치하여 각 수신기에서의 TOA 로란 신호의 시간 변화를 측정하였다. 그 결과 영일만을 대상으로 하는 dLoran 측정에서는 기준국과 이용자 수신기의 측정 데이터의 차분 데이터가 하루에 약 30 ns 이내의 일치성을 보였다.
현재 국내에는 LDC이 구축되어 있는 상태가 아니므로, 본 실험에서는 데이터를 후처리하여 dLoran 측정의 유효성을 평가하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 dLoran의 유효성 평가를 위해서 영일만 해상을 대상 측정 지역으로 하였다. 이를 위해서 포항 호미곶 표지관리소에 dLoran 기준국을 설치하고 흥환 해수욕장에 시험용 수신기를 설치하여 각 수신기에서의 TOA 로란 신호의 시간 변화를 측정하였다.
eLoran에서 정확도는 dLoran 기준국의 ASF 보정 정확도에 좌우되므로 eLoran 신호의 안정적인 수신과 연속적인 동작이 보장되어야 한다. 본 연구에서는 호미곶의 표지관리소(Fig. 6)를 dLoran 기준국으로 선정하였고, 직선거리로 8.6 km 떨어져있는 흥환 해수욕장에 Fig. 5와 같은 구성의 이용자 수신 시스템을 설치하고 동시에 측정하였다. 수신 신호의 시간 특성 분석을 위해 Fig.
5와 같은 구성의 이용자 수신 시스템을 설치하고 동시에 측정하였다. 수신 신호의 시간 특성 분석을 위해 Fig. 7과 같이 표지관리소 옥상에 H-field 안테나와 루프 안테나를 설치하고 건물 내에는 세슘원자시계를 비롯한 dLoran 기준국을 설치하였다. 세슘원자시계를 모든 측정의 기준클럭으로 활용하고 안정성있는 데이터 활용을 위해 H-field와 루프 안테나를 이용한 로란신호를 동시에 측정하였다.
성능/효과
이를 위해서 포항 호미곶 표지관리소에 dLoran 기준국을 설치하고 흥환 해수욕장에 시험용 수신기를 설치하여 각 수신기에서의 TOA 로란 신호의 시간 변화를 측정하였다. 그 결과 영일만을 대상으로 하는 dLoran 측정에서는 기준국과 이용자 수신기의 측정 데이터의 차분 데이터가 하루에 약 30 ns 이내의 일치성을 보였다. 이 데이터에는 기준국과 흥환 해수욕장에 설치된 수신기의 기준 원자시계의 drift가 포함되어 있는데, 이 원자시계의 오차를 제거하면 10∼20 ns 이내로 6 m 이내의 거리 측정 오차를 기대할 수 있다.
이 데이터에는 기준국과 흥환 해수욕장에 설치된 수신기의 기준 원자시계의 drift가 포함되어 있는데, 이 원자시계의 오차를 제거하면 10∼20 ns 이내로 6 m 이내의 거리 측정 오차를 기대할 수 있다. 따라서 본 연구를 통해 영일만에서의 dLoran 시간 특성에 의한 ASF 보상을 통해 8∼20 m의 정확도를 만족할 수 있음을 확인 할 수 있었다.
10에 나타내었다. 이 결과에서 보는 바와 같이 표지관리소를 dLoran 기준국으로 하였을 때, 하루 동안에 약 30 ns의 보정 오차가 발생하고 있음을 알 수 있는데 거리로 환산하면 약 9 m에 해당하는 결과이다. 이 데이터에는 기준국과 흥환 사이트 원자시계의 drift(<20 ns/day)가 포함되어 있어 원자시계의 오차를 제거하면 3 ∼ 6 m 이내의 거리측정 오차를 기대할 수 있다.
후속연구
송신국과 대상 항만 간에 전파 경로 상의 환경적 특성(고도 변화율, 전도율)을 분석하여 dLoran 기준국 데이터의 유효 적용 범위를 결정해야 한다. 둘째로 dLoran 기준국과 대상 항만의 이용 수신기의 시간 특성에 의한 ASF의 상관성이 유지 되는지 수 회 반복 측정을 통해 확인해야 한다. 셋째로 dLoran 기준국과 송신국간의 네트워크 운영이 가능하고 GPS 수신기와 eLoran 수신기 등의 장비 설치를 위한 안정된 환경인지 여부를 확인해야 한다.
둘째로 dLoran 기준국과 대상 항만의 이용 수신기의 시간 특성에 의한 ASF의 상관성이 유지 되는지 수 회 반복 측정을 통해 확인해야 한다. 셋째로 dLoran 기준국과 송신국간의 네트워크 운영이 가능하고 GPS 수신기와 eLoran 수신기 등의 장비 설치를 위한 안정된 환경인지 여부를 확인해야 한다.
추후에 보다 좋은 dLoran 측정값을 얻기 위해 영일만 항의 여러 지점의 dLoran 측정 데이터 베이스를 구축하여 보다 신뢰성있는 데이터를 취득함으로써 eLoran의 항법 정확도를 높일 수 있을 것으로 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
dLoran이란 무엇인가?
dLoran과 ASF 데이터 맵 그리고 로란 데이터 채널은 eLoran 시스템의 중요한 3 요소이다. dLoran은 eLoran 기술의 핵심 기술로 ASF 보정을 통해 항법 정확도를 향상시키는 기술이다. 이러한 dLoran 보정을 통해 항만 접안(HEA)시에 8~20 m 정확도의 항법 성능을 얻을 수 있다.
dLoran 시스템의 감시부의 역할은 무엇인가?
4와 같이 감시부와 서버로 구성되며, 송신국에 보정 데이터를 전송하기 위한 별도의 데이터 링크가 있다(Kuhn, 2006; Johnson, 2007). 감시부는 Loran신호와 GPS 신호를 수신하며 기준국에서 측정한 TOA를 이용하여 ASF를 도출한 후에 1분 간격으로 TCP/IP를 통해 ASF 보정 정보를 서버로 전송한다. 서버는 데이터를 수집 및 저장하는 기능을 수행하며, ASF 보정 정보를 LDC 포맷으로 변경한 후 일정 시간마다 송신국으로 전송한다.
eLoran 시스템의 중요한 3요소는 무엇인가?
dLoran과 ASF 데이터 맵 그리고 로란 데이터 채널은 eLoran 시스템의 중요한 3 요소이다. dLoran은 eLoran 기술의 핵심 기술로 ASF 보정을 통해 항법 정확도를 향상시키는 기술이다.
참고문헌 (13)
Celano T., Boiggs C. and Peterson B.(2005), "Modernized LORAN-C Timing Test Bed Status and Results", Frequency Control Symposium and Exposition, Proceedings of the 2005 IEEE International, p. 824-829.
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Johnson, G. W., Shalaev, R. J., Oates, C., Swaszek, P., et al.(2006), "A Procedure for Creating Optimal ASF Grids for Harbor Entrance & Approach", ION GNSS 19th International Technical Meeting of the Satellite Division.
Kuhn, M., Johnson, G., Wiggins, M., et al.(2006), "Warping time and space: spatial correlation of temporal variations," Proc. 35th Annual Technical Symposium, International Loran Association 35, October 2006.
Lee, C. B., et al(2012), "Measurement of Reference Phase Offset for the Loran-C Transmitting Signal of Pohang", Journal of Korean Navigation and Port Research, Vol. 36, No. 6, pp. 17-22.
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Peterson, B., Dykstra, K. and Swaszek, P.(2003), Differential Loran, International Loran Association.
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Samaddar S. N.(1979), "The Theory of Loran-C Ground Wave Propagation - A Review", the Journal of The Institute of Navigation, Vol. 26, No. 3, pp. 173-187.
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